WO2017110345A1

WO2017110345A1 - エネルギ安定化装置

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Publication number: WO2017110345A1
Application number: PCT/JP2016/084484
Authority: WO
Inventors: 己喜朗笹島; 石井　統丈; 勇樹遠藤
Original assignee: Nabtesco Corp
Current assignee: Nabtesco Corp
Priority date: 2015-12-22
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2018-06-22
Also published as: JP2017118655A

Abstract

【課題】複数種類のエネルギ蓄積装置を効率よく運用する。【解決手段】電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置１は、発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能な第１エネルギ蓄積装置２と、発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数未満の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能で、第１エネルギ蓄積装置よりもエネルギ蓄積容量が大きな第２エネルギ蓄積装置３と、第１エネルギ蓄積装置および第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する蓄積量監視部４と、蓄積量監視部で監視された第１エネルギ蓄積装置および第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量に基づいて、第１エネルギ蓄積装置および第２エネルギ蓄積装置の間で送受を行うエネルギ量を制御する蓄積制御部５と、を備える。

Description

エネルギ安定化装置

　本発明は、再生可能エネルギを利用したエネルギ安定化装置に関する。

　風力発電や太陽光発電などの再生可能エネルギは、二酸化炭素などの温室効果ガスを軽減できて、地球温暖化を防止でき、放射能汚染の問題もないことから、今後益々利用が進むものと考えられている。

　ところが、再生可能エネルギは、一般に、発電量が時間に応じて大きく変動するため、再生可能エネルギを電力系統に連系させようとすると、系統電圧や周波数が大きく変動するおそれがある。

　このため、再生可能エネルギを蓄積するエネルギ蓄積装置を設けて、エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を必要に応じて増減させることで、系統電圧や周波数の変動を抑制する技術が提案されている（特開２０１５－８０３７８号公報参照）。

　エネルギ蓄積装置としては、リチウムイオン電池やＮａＳ電池などを用いることが多い。特に、リチウムイオン電池は、蓄電容量が大きく、また数百回の充放電にも耐えうる。しかしながら、再生可能エネルギの中でも、風力発電は発電電力が絶えず変化するため、この発電電力を例えばリチウムイオン電池に蓄電しようすると、絶えず充放電が行われることになり、リチウムイオン電池の寿命が短くなってしまう。

　このような背景から、複数種類のエネルギ蓄積装置を組み合わせて、再生可能エネルギを電力系統に連系するハイブリッド型のエネルギ安定化装置が提案されている。従来のハイブリッド型のエネルギ安定化装置では、例えば風力発電からの発電電力を複数の短周期成分と長周期成分に分けて、それぞれ別個のエネルギ蓄積装置に蓄積している。

　しかしながら、従来は、発電電力を複数のエネルギ蓄積装置に効率的に割り振る手法が確立されておらず、一方のエネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が満杯になってしまって、他方のエネルギ蓄積装置に多大な負荷がかかるなどの不具合が生じていた。

　また、従来は、複数のエネルギ蓄積装置同士で直接的にエネルギを送受することができず、複数のエネルギ蓄積装置の充放電制御を行う構成が複雑化し、設備が大型化してしまったり、設備の部材コストが高くなるという問題があった。

　本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、複数種類のエネルギ蓄積装置を効率よく運用可能なエネルギ安定化装置を提供するものである。

　上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置であって、
　前記発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせ前記電力系統に供給可能な第１エネルギ蓄積装置と、
　前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせ前記電力系統に供給可能で、前記第１エネルギ蓄積装置よりもエネルギ蓄積容量が大きな第２エネルギ蓄積装置と、
　前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する蓄積量監視部と、
　前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置の間で送受を行うエネルギ量を制御する蓄積制御部と、を備えるエネルギ安定化装置が提供される。

　前記第１エネルギ蓄積装置は、
　前記蓄積制御部による制御に基づいて、前記第２エネルギ蓄積装置との間でエネルギの送受を行う第１エネルギ送受部と、
　前記発電装置から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う第２エネルギ送受部と、
　前記第１エネルギ送受部および前記第２エネルギ送受部により送受するエネルギを蓄積する第１エネルギ蓄積部と、を有し、
　前記第２エネルギ蓄積装置は、
　前記蓄積制御部による制御に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置との間でエネルギの送受を行う第３エネルギ送受部と、
　前記発電装置から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う第４エネルギ送受部と、
　前記第３エネルギ送受部および前記第４エネルギ送受部により送受するエネルギを蓄積する第２エネルギ蓄積部と、を有していてもよい。

　前記蓄積制御部は、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が、それぞれの最大蓄積量以下の所定の範囲内の蓄積量になるように、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置の間で送受を行うエネルギ量を制御してもよい。

　前記第２エネルギ蓄積装置は、前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満かつ第２周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能であってもよい。

　前記発電装置から出力される発電電力に応じた発電状態信号をフィルタリングするフィルタを備え、
　前記蓄積制御部は、前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量に基づいて前記フィルタの周波数特性を決定する時定数を可変制御して、前記第１周波数と前記第２周波数とを設定してもよい。

　前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数よりも多くてもよい。

　前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度よりも速くてもよい。

　平準化後発電電力の所定期間内の変動率と予め定めた閾値との差分を検出する平準化後発電電力監視部を備え、
　前記蓄積制御部は、前記差分と、前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、に基づいて、前記発電装置の発電電力が平準化されるように、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を制御してもよい。

　前記第１エネルギ蓄積装置は、前記発電装置の発電電力を回転エネルギに変換して蓄積するフライホイール装置、または前記発電電力に応じた電荷を蓄積するキャパシタであってもよい。

　前記第２エネルギ蓄積装置は、化学電池であってもよい。

　前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置は、互いに種類の異なる化学電池であってもよい。

　本発明によれば、複数種類のエネルギ蓄積装置を効率よく運用することができる。

第１の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。フライホイール蓄積装置の原理を説明する模式的なブロック図。第１エネルギ蓄積装置と第２エネルギ蓄積装置の内部構成の一例を示すブロック図。第２の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。フィルタの周波数特性を示す図。第３の実施形態によるエネルギ安定化装置の概略構成を示すブロック図。平準化後発電電力の変動を示すグラフ。

　以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図１のエネルギ安定化装置１は、電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置１０が出力する発電電力の変動を抑制するものである。以下では、発電装置１０が風力発電装置である例を中心に説明する。風力発電装置は、発電電力が時間に応じて大きく変動することが知られている。本実施形態では、発電装置１０の発電電力が時間に応じて大きく変動しても、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３を有効活用して、発電電力の平準化を図るものである。

　図１のエネルギ安定化装置１は、第１エネルギ蓄積装置２と、第２エネルギ蓄積装置３と、蓄積量監視部４と、蓄積制御部５と、第１電力分岐／合流部６と、第２電力分岐／合流部７とを備えている。

　第１エネルギ蓄積装置２は、発電装置１０から出力される発電電力のうち、第１周波数以上の周波数成分（以下、短周期成分）の電力に応じたエネルギを蓄積可能である。第１エネルギ蓄積装置２に蓄積されたエネルギに応じた電力は、発電電力と合わせて電力系統に供給可能である。

　第１エネルギ蓄積装置２は、例えば、フライホイール装置である。フライホイール装置は、発電電力を機械的な回転運動のエネルギに変換して蓄積する。

　図２はフライホイール装置の原理を説明する模式的なブロック図である。図２のフライホイール装置１１は、インバータ１２と、インバータ１２に接続されたモータ／発電機１３と、モータ／発電機１３の回転軸１４とともに回転するフライホイール１５と、を有する。インバータ１２は、フライホイール１５を高速回転させるために、発電装置１０から出力される発電電力（平準化後発電電力２０）の周波数を変換する交流－交流変換装置である。モータ／発電機１３は、インバータ１２の出力電力により、回転軸１４を回転させる。このとき、モータ／発電機１３はモータとして機能する。回転軸１４にはフライホイール１５が接続されているため、回転軸１４が回転することにより、フライホイール１５も回転する。これにより、発電電力をフライホイール１５の回転エネルギに変換することができる。フライホイール１５の回転エネルギは、必要に応じて、回転軸１４を介してモータ／発電機１３を駆動する電気エネルギとして使用可能である。このとき、モータ／発電機１３は発電機として機能する。モータ／発電機１３にて生成された発電電力は、平準化後発電電力２０として用いられる。

　なお、図１の第１エネルギ蓄積装置２は、必ずしもフライホイール装置に限定されるものではない。例えば、発電電力を電荷として蓄積可能な大容量のキャパシタでもよい。また、第１エネルギ蓄積装置２は、各種の二次電池（化学電池）でもよい。代表的な二次電池としては、例えば、リチウムイオン電池やレドックスフロー電池などが考えられる。

　本実施形態では、第１エネルギ蓄積装置２には、発電電力の短周期成分に応じたエネルギを主に蓄積することを念頭に置いている。発電電力の短周期成分に応じたエネルギを蓄積するということは、頻繁にエネルギの蓄積と放出を繰り返すことを意味する。よって、第１エネルギ蓄積装置２は、エネルギの蓄積／放出の制限回数ができるだけ大きいものが望ましい。また、第１エネルギ蓄積装置２は、第２エネルギ蓄積装置３よりも、応答性に優れている（応答速度が速い）必要がある。応答性に優れるがゆえに、第１エネルギ蓄積装置２は、発電電力の短周期成分に応じたエネルギを蓄積することができる。

　一方、第２エネルギ蓄積装置３は、発電装置１０から出力される発電電力のうち、第１周波数未満の周波数成分（以下、長周期成分）の電力に応じたエネルギを蓄積可能である。第２エネルギ蓄積装置３に蓄積されたエネルギに応じた電力は、発電電力と合わせて電力系統に供給可能である。第２エネルギ蓄積装置３は、第１エネルギ蓄積装置２よりもエネルギの蓄積容量が大きい。このため、発電装置１０が出力する発電電力が一時的に急増した場合には、その大半のエネルギは、第２エネルギ蓄積装置３に蓄積されることになる。逆の言い方をすると、第２エネルギ蓄積装置３は、発電装置１０が出力する発電電力が一時的に急増しても、その大半のエネルギを蓄積できる程度のエネルギ蓄積容量を予め備えておく必要がある。

　第２エネルギ蓄積装置３は、発電電力に含まれる第１周波数未満のすべての周波数成分に応じたエネルギを蓄積してもよいし、第１周波数未満で、かつ第２周波数以上（第２周波数＜第１周波数）の周波数成分に応じたエネルギを蓄積してもよい。

　第２エネルギ蓄積装置３は、例えば、大容量化が容易なリチウムイオン電池や鉛蓄電池等の二次電池（化学電池）である。本実施形態では、第２エネルギ蓄積装置３には、発電電力の長周期成分を主に蓄積することを念頭に置いている。よって、第２エネルギ蓄積装置３は、第１エネルギ蓄積装置２よりもエネルギの蓄積／放出の制限回数が少なくても構わない。例えば、リチウムイオン電池は、充放電回数が数百回程度に制限されるが、上述した第２エネルギ蓄積装置３は、頻繁には充放電を行わないことを想定しているため、リチウムイオン電池のような充放電回数が制限される二次電池を使用することができる。

　上述した第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の少なくとも一方は、複数の二次電池等を並列または直列接続した構造体であってもよい。これにより、必要に応じてエネルギ電気容量を増大できるとともに、出力電力値を高くすることもできる。

　特に、第２エネルギ蓄積装置３として、例えばリチウムイオン電池などの二次電池を用いた場合、直列または並列接続される二次電池の数を増やすことで、大容量のエネルギ蓄積容量を持たせることができる。風力発電等の再生可能エネルギの発電装置１０から出力される発電電力は、自然環境に応じて時間とともに大きく変動する。第２エネルギ蓄積装置３の容量が少ないと、発電電力の多くを有効利用できなくなる。そこで、過去の発電電力の実績データに基づいて、第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積容量を設定することで、発電装置１０の発電電力を有効利用することができる。

　蓄積量監視部４は、第１エネルギ蓄積装置２および第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を定期的に監視する。第１エネルギ蓄積装置２は、第２エネルギ蓄積装置３よりもエネルギ蓄積容量が小さい。このため、第２エネルギ蓄積装置３よりも先に第１エネルギ蓄積装置２が満容量（最大蓄積量）になってしまうおそれがある。第１エネルギ蓄積装置２が満容量になると、第２エネルギ蓄積装置３に短周期成分の発電電力を蓄積しなければならず、第２エネルギ蓄積装置３の負担が大きくなり、エネルギの蓄積／放出の制限回数に短時間で達してしまうおそれがある。そこで、本実施形態では、蓄積量監視部４を設けて、第１エネルギ蓄積装置２のエネルギ蓄積量を定期的に監視し、第１エネルギ蓄積装置２が満容量に近づいたことをいち早く検出するとともに、第２エネルギ蓄積装置３の空き容量も検出する。

　蓄積制御部５は、蓄積量監視部４で監視された第１エネルギ蓄積装置２および第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量に基づいて、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３との間で送受を行うエネルギ量を制御する。蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３に、送受するエネルギ量に関する制御信号を送信する。第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３は、制御信号に応じたエネルギ量のエネルギを互いに直接的に送受する。ここで、「直接的に」とは、第１エネルギ蓄積装置２から第２エネルギ蓄積装置３に直接エネルギを伝送する、あるいはその逆に、第２エネルギ蓄積装置３から第１エネルギ蓄積装置２に直接エネルギを伝送することを意味する。

　これにより、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２が満容量にならない範囲内で、発電電力の短周期成分に応じたエネルギは主に第１エネルギ蓄積装置２に蓄積し、発電電力の長周期成分に応じたエネルギは主に第２エネルギ蓄積装置３に蓄積する。

　より具体的には、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量が、それぞれの最大蓄積量以下の所定の範囲内の蓄積量になるように、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３との間で送受を行うエネルギ量を制御する。
　より具体的な一例としては、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２のエネルギ蓄積量が満容量以下の所定範囲内になるように、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３とにおけるエネルギの蓄積量を制御する。上述した所定範囲として、上限となるエネルギ蓄積量と、下限となるエネルギ蓄積量とを予め設定してもよい。例えば、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２のエネルギ蓄積量が、上限と下限の間に収まるように、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を制御する。

　第１電力分岐／合流部６は、平準化後発電電力２０の一部を第１エネルギ蓄積装置２に蓄積する電力制御と、第１エネルギ蓄積装置２に蓄積されたエネルギを平準化後発電電力２０に合流する電力制御とを行う。

　第２電力分岐／合流部７は、平準化後発電電力２０の一部を第２エネルギ蓄積装置３に蓄積する電力制御と、第２エネルギ蓄積装置３に蓄積されたエネルギを平準化後発電電力２０に合流する電力制御とを行う。

　図３は第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の内部構成の一例を示すブロック図である。第１エネルギ蓄積装置２は、第１エネルギ送受部２ａと、第２エネルギ送受部２ｂと、第１エネルギ蓄積部２ｃとを有する。第２エネルギ蓄積装置３は、第３エネルギ送受部３ａと、第４エネルギ送受部３ｂと、第２エネルギ蓄積部３ｃとを有する。

　第１エネルギ送受部２ａは、蓄積制御部５から出力された制御信号に基づいて、第２エネルギ蓄積装置３との間でエネルギの送受を行う。第２エネルギ送受部２ｂは、発電装置１０から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う。第１エネルギ蓄積部２ｃは、第１エネルギ送受部２ａおよび第２エネルギ送受部２ｂにより送受するエネルギを蓄積する。

　第３エネルギ送受部３ａは、蓄積制御部５から出力された制御信号に基づいて、第１エネルギ蓄積装置２との間でエネルギの送受を行う。第４エネルギ送受部３ｂは、発電装置１０から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う。第２エネルギ蓄積部３ｃは、第３エネルギ送受部３ａおよび第４エネルギ送受部３ｂにより送受するエネルギを蓄積する。

　第１エネルギ蓄積装置２内の第１エネルギ蓄積部２ｃは、第２エネルギ蓄積装置３内の第２エネルギ蓄積部３ｃよりもエネルギ蓄積容量が小さいが、第２エネルギ蓄積部３ｃよりもエネルギの蓄積／放出の制限回数が多い。よって、発電装置１０から出力された発電電力のうち、短周期成分に応じたエネルギはできるだけ第１エネルギ蓄積部２ｃに蓄積するのが望ましい。これにより、第２エネルギ蓄積部３ｃでのエネルギの蓄積／放出の回数を削減でき、第２エネルギ蓄積部３ｃの高寿命化を図れる。

　このように、第１の実施形態では、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３との間で直接的にエネルギの送受ができるようにしたため、第１エネルギ蓄積装置２に蓄積可能なエネルギ容量が第２エネルギ蓄積装置３より小さくても、第１エネルギ蓄積装置２が満容量にならないように、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３との間で迅速にエネルギを送受して、蓄積エネルギ量を最適化することができる。

　また、第１の実施形態では、発電装置１０から出力された発電電力に含まれる短周期成分に応じたエネルギをできるだけ第１エネルギ蓄積装置２に蓄積することができる。これにより、第２エネルギ蓄積装置３でのエネルギの蓄積／放出の頻度を抑制でき、第２エネルギ蓄積装置３の高寿命化を図ることができる。

　より具体的な一例として、第１エネルギ蓄積装置２としてフライホイール装置１１を用いて、第２エネルギ蓄積装置３としてリチウムイオン電池を用いた場合を想定すると、フライホイール装置１１は、エネルギ蓄積量を増やすことは原理的に困難であるが、応答性に優れるため、発電電力の短周期成分に応じたエネルギの蓄積に適している。また、フライホイール装置１１は、構造の特性上、エネルギの蓄積と放出を繰り返し行っても、性能の劣化は生じない。一方、リチウムイオン電池は、最小単位であるセル電池を任意の数だけ組み合わせて使用できるため、大容量の電力を蓄電可能である。ところが、リチウムイオン電池は、化学反応によって充電と放電を行うため、充放電回数に制限があり、発電電力の短周期成分の充放電を行うと、寿命が短くなってしまう。そこで、本実施形態では、発電電力の短周期成分に応じたエネルギは、できるだけフライホイール装置１１に蓄積し、発電電力の長周期成分を主にリチウムイオン電池に充電するようにする。これにより、リチウムイオン電池の寿命をできるだけ長くすることができる。

　（第２の実施形態）
　第２の実施形態は、フィルタを用いて、発電電力を周波数成分に応じて、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３とに振り分けて蓄積するものである。

　図４は第２の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図４のエネルギ安定化装置１は、図１の構成に加えて、フィルタ８を備えている。フィルタ８は、発電装置１０からの発電状態信号に基づいて、発電装置１０から出力された発電電力を第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３に割り振る制御信号を生成する。発電状態信号は、発電装置１０から出力される発電量を示す信号である。

　蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２のエネルギ蓄積量に基づいて、フィルタ８の時定数を制御し、上述した第１周波数と第２周波数を決定する。

　図５はフィルタ８の周波数特性を示す図であり、横軸は周波数、縦軸はフィルタ８の出力信号レベルである。図５のＴＦは第１周波数、ＴＨは第２周波数である。フィルタ８は、等価的な伝達関数で表現でき、その伝達関数の時定数を制御することで、図５のＴＦとＴＨを任意に調整することができる。そこで、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量に基づいて、フィルタ８の伝達関数の時定数を制御し、これにより、図５のＴＦとＴＨを調整する。蓄積制御部５は、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ以上の周波数成分に応じたエネルギを第１エネルギ蓄積装置２に蓄積し、発電電力に含まれる第１周波数ＴＦ未満で第２周波数ＴＨ以上の周波数成分に応じたエネルギを第２エネルギ蓄積装置３に蓄積するべく、制御信号を生成する。

　より具体的には、蓄積制御部５は、第１エネルギ蓄積装置２のエネルギ蓄積量が満容量以下の所定範囲内になるように、第１周波数ＴＦと第２周波数ＴＨを制御する。これにより、蓄積制御部５は、エネルギ蓄積容量は小さいが、第２エネルギ蓄積装置３よりもエネルギの蓄積／放出の制限回数が多い第１エネルギ蓄積装置２が満充電にならないように、上述した制御信号を生成して、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３に送信する。第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３は、制御信号に基づいて、互いに直接的にエネルギを送受する。

　このように、第２の実施形態では、時定数を調整可能なフィルタ８を設けることで、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３に蓄積する発電電力の周波数成分を任意に調整できる。よって、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３は、第１エネルギ蓄積装置２が満容量にならない範囲で、互いに直接的にエネルギの送受を行うことができる。

　（第３の実施形態）
　第３の実施形態は、発電電力の平準化を行うものである。図６は第３の実施形態によるエネルギ安定化装置１の概略構成を示すブロック図である。図６のエネルギ安定化装置１は、図４の構成に加えて、平準化後発電電力監視部９を有する。

　平準化後発電電力監視部９は、現時点から過去に遡って所定期間の平準化後発電電力２０の変動率と予め定めた閾値との差分を検出する。一例として、平準化後発電電力監視部９は、図７に示すように、現時点から遡って２０分間の平準化後発電電力２０の変動率が１０％を超えたか否かを監視し、変動率と１０％の境界である閾値との差分を検出する。そして、蓄積制御部５は、この差分によって、平準化後発電電力２０の変動率が１０％まで後どの程度の余裕があるかを検出し、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を制御するための制御信号を生成する。例えば、平準化後発電電力２０の変動率が１０％を超えそうであれば、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の少なくとも一方からエネルギを放出させる。放出させたエネルギは、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の他方に送信してもよいし、発電装置１０から出力される発電電力に合流させてもよい。一方、平準化後発電電力２０の変動率が１０％までまだかなりの余裕があれば、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の少なくとも一方により多くエネルギを蓄積する。この場合も、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の他方から一方にエネルギを移送してもよいし、あるいは第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３の少なくとも一方に発電装置１０からの発電電力を蓄積してもよい。

　図６のエネルギ安定化装置１によれば、第１エネルギ蓄積装置２を有効活用して第２エネルギ蓄積装置３の高寿命化を図ることに加えて、発電電力の平準化を図ることができる。

　このように、第３の実施形態では、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３のエネルギ蓄積量を蓄積量監視部４で監視するとともに、平準化後発電電力２０を平準化後発電電力監視部９で監視し、これらの監視結果に基づいて、第１エネルギ蓄積装置２と第２エネルギ蓄積装置３との間で直接的にエネルギの送受を行う。これにより、第１エネルギ蓄積装置２が満容量または空容量になって、新たなエネルギの蓄積や放出ができないことを理由に、平準化後発電電力２０が平準化目標を満たさないという不具合が生じなくなくなる。すなわち、本実施形態によれば、常に第１エネルギ蓄積装置２に、エネルギのさらなる蓄積および放出の余裕を持たせているため、急激に発電電力が変動する、若しくは電力系統の負荷が急激に変動しても、平準化後発電電力２０は平準化目標の維持を継続して行うことができる。

　また、本実施形態では、平準化後発電電力２０の所定期間内の変動率を監視することで、発電電力の平準化を図ることもできる。

　上述した第１～第３の実施形態における発電装置１０は、風力発電装置に限定されない。本実施形態は、例えば、太陽光発電、地熱発電、海流発電などの、時間に応じて発電電力が変動する種々の再生可能エネルギの発電装置１０に広く適用可能である。

　本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

　１　エネルギ安定化装置、２　第１エネルギ蓄積装置、２ａ　第１エネルギ送受部、２ｂ　第２エネルギ送受部、２ｃ　第１エネルギ蓄積部、３　第２エネルギ蓄積装置、３ａ
　第３エネルギ送受部、３ｂ　第４エネルギ送受部、３ｃ　第２エネルギ蓄積部、４　蓄積量監視部、５　蓄積制御部、６　第１電力分岐／合流部、７　第２電力分岐／合流部、８　フィルタ、９　平準化後発電電力監視部、１０　発電装置、１１　フライホイール装置、１２　インバータ、１３　モータ／発電機、１４　回転軸、１５　フライホイール、２０　平準化後発電電力

Claims

　電力系統に連系した再生可能エネルギの発電装置が出力する発電電力の変動を抑制するエネルギ安定化装置であって、
　前記発電装置から出力される発電電力のうち第１周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせ前記電力系統に供給可能な第１エネルギ蓄積装置と、
　前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能で、蓄積されたエネルギに応じた電力を発電電力と合わせ前記電力系統に供給可能で、前記第１エネルギ蓄積装置よりもエネルギ蓄積容量が大きな第２エネルギ蓄積装置と、
　前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を監視する蓄積量監視部と、
　前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置の間で送受を行うエネルギ量を制御する蓄積制御部と、を備えるエネルギ安定化装置。
　前記第１エネルギ蓄積装置は、
　前記蓄積制御部による制御に基づいて、前記第２エネルギ蓄積装置との間でエネルギの送受を行う第１エネルギ送受部と、
　前記発電装置から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う第２エネルギ送受部と、
　前記第１エネルギ送受部および前記第２エネルギ送受部により送受するエネルギを蓄積する第１エネルギ蓄積部と、を有し、
　前記第２エネルギ蓄積装置は、
　前記蓄積制御部による制御に基づいて、前記第１エネルギ蓄積装置との間でエネルギの送受を行う第３エネルギ送受部と、
　前記発電装置から出力される発電電力との間でエネルギの送受を行う第４エネルギ送受部と、
　前記第３エネルギ送受部および前記第４エネルギ送受部により送受するエネルギを蓄積する第２エネルギ蓄積部と、を有する請求項１に記載のエネルギ安定化装置。
　前記蓄積制御部は、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量が、それぞれの最大蓄積量以下の所定の範囲内の蓄積量になるように、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置の間で送受を行うエネルギ量を制御する請求項１または２に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第２エネルギ蓄積装置は、前記発電装置から出力される発電電力のうち前記第１周波数未満かつ第２周波数以上の周波数成分の電力に応じたエネルギを蓄積可能である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　前記発電装置から出力される発電電力に応じた発電状態信号をフィルタリングするフィルタを備え、
　前記蓄積制御部は、前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量に基づいて前記フィルタの周波数特性を決定する時定数を可変制御して、前記第１周波数と前記第２周波数とを設定する請求項４に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の制限回数よりも多い請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第１エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度は、前記第２エネルギ蓄積装置におけるエネルギの蓄積／放出の応答速度よりも速い請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　平準化後発電電力の所定期間内の変動率と予め定めた閾値との差分を検出する平準化後発電電力監視部を備え、
　前記蓄積制御部は、前記差分と、前記蓄積量監視部で監視された前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量と、に基づいて、前記発電装置の発電電力が平準化されるように、前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置のエネルギ蓄積量を制御する請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第１エネルギ蓄積装置は、前記発電装置の発電電力を回転エネルギに変換して蓄積するフライホイール装置、または前記発電電力に応じた電荷を蓄積するキャパシタである請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第２エネルギ蓄積装置は、化学電池である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。
　前記第１エネルギ蓄積装置および前記第２エネルギ蓄積装置は、互いに種類の異なる化学電池である請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエネルギ安定化装置。